高クヌッセン数流れにおける気体分子-固体表面間相互作用の解析

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気体分子-固体表面間相互作用に関し,実験及び数値解析より解析を行った.まず,気体分子-固体表面間相互作用の実験的解析手法である分子線散乱実験に着目した.相互作用を明らかにするためにはプローブとなる分子線そのものの状態を明らかにすることが必要不可欠である.そこで,窒素分子線そのものについての回転エネルギー分布を明らかにするため,共鳴多光子イオン化(REMPI)法を用いて計測した.その結果,スペクトルの取得に成功し,回転温度と並進温度の非平衡現象が明らかとなった.さらに,平衡状態である場合に従うはずのボルツマン分布から回転エネルギー分布が逸脱している可能性を示した.次に,相互作用の中でも特にエネルギー移動に着目し,固体表面におけるエネルギー適応係数の取得実験を行った.エネルギー適応係数は気体分子が固体表面とエネルギー交換をする度合を表しており,Pt-Ar系において非常に簡便な方法での測定を実現した.そして,古典分子動力学法を用いた数値解析により,分子線散乱実験のようにある特定の入射条件に従う場合と,エネルギー適応係数取得実験のように入射分子が分布を持っている場合の関連性について調べた.その結果,気体分子の運動は固体表面法線方向と接線方向に分離することができ,特定の入射条件の結果からバルクの物理量であるエネルギー適応係数へと関連付けることができることを示した.最後に,気体分子-固体表面間相互作用を応用例としての感圧塗料の測定原理について,気体分子運動論の立場から考察を行った.高クヌッセン数流れに適用する場合,実用上,感圧塗料の輝度は気体分子が固体表面に与える力積から求めた圧力に従うことを明らかにした.